主要从事海底边界层至海底固体圈层的大陆边缘构造、洋底动力学、海洋地球化学、海底成矿-成藏-成灾作用和海底资源环境调查－采样－监测－模拟技术开展研究工作。“十二五”期间，主持承担国家973课题1项、863重点项目1项、国家基金重大项目课题1项、国家杰出青年基金1项(2013)等，累计承担项目60多项。获国家自然科学奖二等奖1项，获得授权发明专利10多项，在Nature子刊、Geology、Journal of Geophysical Research、Precambrian Research、Tectonophysics等刊物发表SCI收录的高水平论文70余篇，EI收录30多篇。李三忠教授2015年入选泰山学者计划，入选ESI全球地球科学TOP1％前200位，并兼任《Science Bulletin》副主编、《Precambrian Research》等国际著名刊物编委。在含油气盆地研究领域取得原创成果，已累计实现经济效益1125亿元，为建设“海上大庆”作出了重要贡献；水合物成藏机制研究、大地震触发机制方面在国内外也产生重要影响。针对大洋矿产资源（热液硫化物资源、天然气水合物资源）地球化学探测的薄弱环节，研究针对深海极端环境下多相态化学成分的非接触式原位化学传感器技术，如，深海原位激光拉曼光谱技术；建立完善实验室的海底成矿作用实验模拟技术，为深化海底成矿系统研究搭建研究平台。发明相关物理模拟设备，开发自主知识产权的模拟软件，利用数值模拟和物理模拟方法，开展多方位、多尺度的“四维地球”模拟工作，探讨地球不同时期不同类型的动力学演化过程及其资源、环境和灾害效应。
主要研究内容有：
1．海底物质组成、演化与成矿
建立海洋地球化学实验分析方法体系，重点应用于现代海底热液活动、海底岩石地球化学、同位素地球化学和海洋沉积地球化学等方面的研究。从海底成矿系统的角度研究海底富钴结壳、多金属结核、热液硫化物等矿产资源的分布规律、赋存状态、成矿环境与成矿机制，并突出进行海陆成矿作用等对比。以印度洋洋中脊为重点研究对象，研究洋中脊差异扩张过程与深部动力学、洋脊分段过程与动力学、脊—柱相互作用与复杂洋底构造演化、海洋核杂岩与洋底构造样式的多样性，以揭示印度洋中脊的构造－岩浆过程、动力学及其对成矿过程的制约。同时关注西北太平洋大火成岩省、海山群、海山链的研究，揭示海底石化热液喷口与成矿规律，通过多学科交叉，创新重建古太平洋洋盆演化，乃至古环流格局，探索海底边界层成矿规律。
2.陆架－边缘海盆地动力学与成藏
重点研究渤海、黄海、东海和南海陆架海盆结构构造、成盆动力学与油－气－水合物成藏机理；重建南海、菲律宾海、日本海等边缘海盆地的形成过程，分析陆缘后撤与地幔楔过程对其形成演化的关联；剖析冲绳海槽、马里亚纳海槽结构构造与成盆过程，揭示弧后盆地形成的深浅部动力学关联，建立浅部海底热液过程与深部物质－能量循环关联。
3.洋-陆过渡带壳幔过程与灾害
重建不同时空的洋-陆格局，从全球和区域、盆地三个尺度重建三维大地构造格局和深部结构，以深化发展板块构造，创新大洋内部构造格局的重建技术与方法，建立古大陆边缘与古洋盆演化关联；重点开展西太平洋和南海板块动力学重建，揭示中国东部大陆边缘俯冲动力学及典型时期陆架－边缘海盆地动力学过程；并以此为基础，探讨洋底多圈层间的相互作用。建立西太平洋海底灾害监测预警网络，研究西太平洋板块和欧亚大陆板块间的交接转换关系，揭示“俯冲工厂”中水、碳等循环、能量集中与华北克拉通破坏、华南大陆再造等时空关联过程；探讨洋-陆间不同的交接转换类型及各自特征，重点研究双俯冲系统的俯冲消减过程和地幔楔－地表效应的复杂性；开展南海北部等洋-陆转换带结构构造调查与研究。最终，服务地震、地震海啸、水合物稳定性、海底滑坡和沉积动力灾害等海洋灾害效应研究。
4．海底资源环境调查－采样－监测－模拟技术
针对近年来我国大洋资源环境调查的技术需求，研发系列深海底质样品采样技术，特别是深海热液极端环境下的成矿作用与生物基因资源的探测与研究，要求发展能够针对深海极端环境下的各类样品按需求实施快速、便捷、高效地保真（保温、保压、保气、防污染等）采样技术。针对大洋矿产资源（热液硫化物资源、天然气水合物资源）地球化学探测的薄弱环节，研究针对深海极端环境下多相态化学成分的非接触式原位化学传感器技术，如，深海原位激光拉曼光谱技术；
建立完善实验室的海底成矿作用实验模拟技术，为深化海底成矿系统研究搭建研究平台。发明相关物理模拟设备，开发自主知识产权的模拟软件，利用数值模拟和物理模拟方法，开展多方位、多尺度的“四维地球”模拟工作，探讨地球不同时期不同类型的动力学演化过程及其资源、环境和灾害效应。
该方向主要正高职研究人员：
张国伟（院士）、翟世奎（杰青）、李三忠（杰青／泰山学者）、赵广涛（教授／省教学名师）、姜效典（教授）、韩宗珠（教授）、于新生（研究员）、李巍然（教授）、曹志敏（教授）、刘东生（教授）
